Pluton (planète naine)

(134340) Pluton

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(134340) Pluton Symbole astronomique de la planète Pluton
(134340) Pluto
Description de cette image, également commentée ci-après

Photographie en couleurs quasi-réelles de Pluton prise par la sonde New Horizons le 14 juillet 2015.

Caractéristiques orbitales
Époque : ( JJ 2454000,5) [1]
Établi sur 4 379 observations couvrant 33102 jours, U = 0
Demi-grand axe (a) 5 900 898 440,58310867 km [1]
(39,4450697 ua)
Périhélie (q) 4 436 824 613 km [1]
(29,5733917 ua)
Aphélie (Q) 7 375 927 931 km [1]
(49,3161476 ua)
Excentricité (e) 0,25024871 [1]
Période de révolution (Prév) 90 487,2769 j [1]
(247.74 a)
Vitesse orbitale moyenne (vorb) 4,74 km/ s
Moyen mouvement (n) 0,00397845 °/ j [1]
Inclinaison (i) 17,0890009 ° [1]
Longitude du nœud ascendant (Ω) 110,376956 ° [1]
Argument du périhélie (ω) 112,5971417 ° [1]
Anomalie moyenne (M0) 25,2471897 ° [1]
Date de dernier périhélie (Tp) JJ 2 447 778,71679 [2]
()
Catégorie Plutoïde ( planète naine transneptunienne), plutino
Satellites connus 5 : Charon, Hydre, Nix, Kerbéros, Styx
DMIO terrestre 28,6031  ua [1]
Paramètre de Tisserand (TJup) 5 228 [1]
Caractéristiques physiques
Rayon équatorial (Réq) 1 185 ± 10 km [3]
Volume (V) 6,97×109 km3
Masse (m) (1,314 ± 0,018)×1022 kg
Masse volumique (ρ) (1 885 ± 60) kg/ m3
Gravité équatoriale à la surface (g) 0,625 m/s2
Vitesse de libération 1,22 km/ s
Période de rotation (Prot) 6,387 j( rétrograde)
Magnitude absolue (M) -0,8 [2]
Albédo (A) 0,60
Température (T) ≈ 48 K
Découverte
Pré-découverte [2]
Découvert par Clyde W. Tombaugh [2]
Date [4] à partir de photographies de janvier 1930 [2]
Lieu Observatoire Lowell [2]

à Flagstaff (Arizona) [2]

Annonce [2], [5]
Nommé d'après Pluton (dieu romain)

Pluton, officiellement désignée par (134340) Pluton (désignation internationale (134340) Pluto) [note 1], est la planète naine la plus volumineuse (2 372 km de diamètre, contre 2 326 km pour Éris) connue du Système solaire et la deuxième au niveau de la masse (après Éris). À ce titre, Pluton est donc le neuvième plus gros objet orbitant autour du Soleil (exception faite des lunes des géantes gazeuses) et le dixième au niveau de la masse. Premier objet transneptunien identifié, Pluton orbite autour du Soleil à une distance variant entre 30 et 49  unités astronomiques et appartient à la ceinture de Kuiper, ceinture dont il est (tant par la taille que par la masse) le plus grand membre connu.

Après sa découverte par l' astronome américain Clyde Tombaugh en 1930, Pluton était considérée comme la neuvième planète du Système solaire. À la fin du XXe siècle et au début du XXIe siècle, de plus en plus d'objets similaires furent découverts dans le Système solaire externe, en particulier Éris, alors estimé légèrement plus grand et plus massif que Pluton. Cette évolution amena l' Union astronomique internationale (UAI) à redéfinir la notion de planète ; Cérès, Pluton et Éris étant depuis le classées comme des planètes naines [6]. L'UAI a également décidé de faire de Pluton le prototype d'une nouvelle catégorie d' objet transneptunien. À la suite de cette modification de la nomenclature, Pluton a été ajoutée à la liste des objets mineurs du Système solaire et s'est vu attribuer le numéro 134340 dans le catalogue des objets mineurs [7].

Pluton est principalement composée de roche et de glace de méthane, mais aussi de glace d' eau et d' azote gelé. Son diamètre est d'environ les deux tiers de celui de la Lune.

Pluton est le corps principal du système plutonien. Le couple que forme Pluton avec son grand satellite, Charon (diamètre 1 207 km), est souvent considéré comme un système double, car la différence de masse entre les deux objets est l'une des plus faibles de tous les couples corps primaire/satellite du système solaire (rapport 8 pour 1) et le barycentre de leurs orbites ne se situe pas à l'intérieur d'un des deux corps (il est légèrement à l'extérieur de Pluton).

Quatre autres satellites naturels, nettement plus petits et tous en orbite à peu près circulaires (excentricité < 0,006) à l'extérieur de l'orbite de Charon, complètent le système tel qu'actuellement connu (dans l'ordre en s'éloignant) : Styx, Nix, Kerbéros et Hydre. Tous quatre furent découverts avec l'aide du télescope spatial Hubble : les deux plus importants, Nix et Hydre (respectivement 54×41×36 km et 43×33 km), en 2005, Kerbéros (environ 12×4 km) en 2011 [8], [9] et Styx (environ 7×5 km) en 2012. Ces deux derniers ont reçu leur nom officiel en . Les dimensions mentionnées correspondent à des mesures effectuées ultérieurement à leur découverte, et non aux premières estimations qui purent être faites.

La sonde spatiale New Horizons, lancée en par la NASA, est la première sonde à explorer le système plutonien ; elle le traverse le à une distance minimale de 11 095 km de Pluton, après un voyage de 6,4 milliards de kilomètres.

Historique

Pré-découvertes

D'après Greg Buchwald, Michel DiMario et Walter Wild, Pluton a été photographié, dès 1909, à l' observatoire Yerkes de l' université de Chicago [10]. Quatorze autres pré-découvertes de Pluton sont recensées [10] dont celle du à l' observatoire du Königstuhl de Heidelberg [10].

Découverte

Clyde Tombaugh, l'homme qui a découvert Pluton.
Astrographe de l'observatoire Lowell ayant servi à la découverte de Pluton.
En métal gris, le dispositif photographique.

Pluton fut découvert en 1930 lors de la recherche d'un corps céleste permettant d'expliquer les perturbations orbitales de Neptune, hypothèse proposée par Percival Lowell comme la Planète X.

Ayant fait fortune dans les affaires, Lowell se fait construire en 1894 un observatoire à plus de 2 000 mètres d'altitude dans l' Arizona et entreprend la recherche d'une neuvième planète au-delà de Neptune. Il pense suivre la même méthode que celle qui avait conduit à la découverte de cette dernière en étudiant son orbite, mais la précision des instruments de l'époque ne permettant pas de mesurer de façon précise les anomalies orbitales, il doit se rabattre sur celles d'Uranus. Sa planète (baptisée « X ») serait située à 47,5 ua, aurait une période de 327 ans et une masse de deux cinquièmes de celle de Neptune. En 1905, il lance une première campagne photographique de trois ans, mais celle-ci ne donne rien de concluant, notamment, comme il fut démontré par la suite, parce que ce programme était focalisé sur l' écliptique et que l'orbite fortement inclinée de Pluton la plaçait à cette époque en dehors du champ des photographies [11]. Lowell ne baisse pas les bras pour autant et décide de redoubler d'efforts, notamment lorsqu'il voit apparaître un concurrent : William Pickering. Celui-ci annonce en 1908 la présence d'une planète qu'il nomme «  O » de deux masses terrestres, à une distance de 52 ua et d'une période de 373 ans. En 1911, Lowell fait l'acquisition d'un comparateur à clignotement, machine destinée à l'analyse photographique lui permettant de comparer les clichés beaucoup plus vite (deux séries de photos sont prises à quelques jours d'intervalle pour repérer le mouvement éventuel d'un astre) et entame une nouvelle série de photographies [12]. Un nouvel échec qui le mènera à se désintéresser de sa planète X.

Percival Lowell meurt en 1916 mais laisse dans son testament de quoi poursuivre les recherches sans se soucier des problèmes d'argent, bien que des problèmes d'héritage avec sa femme finissent par réduire le budget de l'observatoire. Or dix ans plus tard, l'observatoire doit se doter d'un nouvel instrument. Abott Lawrence Lowell, le frère de Percival Lowell, accepte de donner dix mille dollars pour la construction d'un télescope de 13 pouces que Clyde W. Tombaugh sera chargé de piloter pour cette lourde tâche qu'est la cartographie minutieuse du ciel, à la recherche de la planète X. Tombaugh réorganise son plan de travail et procède à trois prises au lieu de deux afin d'augmenter les chances de percevoir le mouvement de la planète. La troisième série de clichés prend fin le et commence alors l'analyse des plaques photographiques. Le , il remarque un point bouger d'une plaque à l'autre sur deux photographies prises les 23 et 29 janvier [4]. L'équipe de l'observatoire Lowell, après avoir pris d'autres photographies permettant de confirmer la découverte, télégraphie la nouvelle au Harvard College Observatory le [13]. La découverte est annoncée le par une circulaire de l'Union astronomique internationale [14].

Une partie du bassin Burney, région de Pluton nommée d'après Venetia Burney [15].

De nombreux observatoires se mettent alors à observer cette nouvelle planète, afin de déterminer son orbite le plus précisément possible. En reprenant des clichés antérieurs, Pluton est rétroactivement observée sur des plaques photographiques remontant jusqu'à 1909 [16].

La planète est nommée à la fois en référence au dieu romain des enfers et à Percival Lowell dont les initiales forment les deux premières lettres de Pluton. Ses initiales forment le symbole de Pluton ( ♇ ) [17], [18]. Le nom fut suggéré par Venetia Burney, une jeune fille de onze ans d' Oxford, en Angleterre. Passionnée de mythologie et d'astronomie, Venetia Burney trouva approprié d'associer le nom du dieu du monde souterrain à ce monde obscur et glacé. Son grand-père qui travaillait à la bibliothèque universitaire d'Oxford en parla à l'astronome Herbert Hall Turner, qui transmit l'idée à ses confrères américains [19]. Le nom de Pluton fut officialisé le 24 mars 1930 [20].

Pluton et la planète X

Découverte de Charon satellisant Pluton, photographie de 1978.

À l'origine, la découverte de Pluton est liée à la recherche systématique d'une planète permettant d'expliquer les perturbations observées dans les orbites d' Uranus et Neptune, mais le doute est très vite jeté sur le fait que Pluton serait bien la planète X que Percival Lowell recherchait [21].

À cette époque, Pluton est si lointaine que son diamètre ne peut pas être déterminé avec précision, mais sa faible luminosité et son absence de disque apparent laissent présager un corps plutôt petit, comparable en taille aux planètes telluriques déjà connues, probablement plus grand que Mercure mais pas plus que Mars, pense-t-on à l'époque [22]. Il devient donc rapidement clair que Pluton ne peut pas être la source des perturbations dans les orbites de Neptune et Uranus. Clyde Tombaugh et d'autres astronomes persévèrent dans la recherche de la planète X pendant 12 ans, mais ne découvrent que des astéroïdes et des comètes [21]. Les astronomes sont amenés à imaginer que de nombreux autres corps similaires à Pluton pourraient orbiter autour du Soleil au-delà de Neptune. On pense alors que le système solaire pourrait être constitué de plusieurs zones regroupant les corps célestes par familles, planète tellurique, planète géante, « objets ultra-neptuniens » [22]. Cette hypothèse sera formalisée plus tard au cours des années 1940 et 1950 par Kenneth Edgeworth puis Gerard Kuiper, et est désormais connue sous le nom de ceinture de Kuiper [23].

Le premier satellite de Pluton fut découvert le lorsque James W. Christy réalisa que l'image de Pluton apparaissant sur des plaques photographiques prises dans les deux mois précédents semblait présenter une protubérance tantôt d'un côté, tantôt de l'autre [24], [25]. La protubérance fut confirmée sur d'autres plaques, dont la plus ancienne remontait au . Des observations ultérieures de la protubérance montrèrent qu'elle était causée par un petit corps. La périodicité de la protubérance correspondait à la période de rotation de Pluton, laquelle était connue à partir de sa courbe de luminosité, indiquant une orbite synchrone et suggérant qu'il s'agissait d'un effet réel et non d'un artefact d'observation. Le nom de Charon fut donné au satellite.

En 1993, les calculs de la trajectoire de survol de Neptune par la sonde Voyager 2 en août 1989 [26] ont montré que Neptune avait une masse inférieure aux hypothèses précédentes, et en tenant compte de cette nouvelle mesure, le mathématicien Myles Standish montre que les divergences dans les mouvements des planètes Uranus et Neptune deviennent négligeables devant l'incertitude de la mesure liée à la précision des instruments. L'hypothèse d'une planète X perturbatrice ne tient donc plus, et c'est donc sur la base d'une prédiction de position fausse que Pluton fut découverte [27].

Statut de planète naine

Dans la dernière décennie du XXe siècle, la découverte de nombreux objets transneptuniens (plus d'un millier), dont certains ont une dimension estimée voisine de celle de Pluton (par exemple Éris), pousse à la remise en question de son statut de planète [28].

Parmi ceux-ci, de très nombreux corps sont découverts qui possèdent une période de révolution égale à celle de Pluton, et sont comme lui en résonance 2:3 avec Neptune [28].

Certains scientifiques proposent alors de reclasser Pluton en planète mineure ou en objet transneptunien. D'autres, comme Brian Marsden du Minor Planet Center, penchent pour lui attribuer les deux statuts, en raison de l'importance historique de sa découverte. Marsden annonce le 3 février 1999 que Pluton serait classée comme le 10000e objet du catalogue recensant justement 10 000 planètes mineures. Le numéro rond de 10000 serait attribué à Pluton en son honneur pour la « célébration » de ce compte atteint. L' Union astronomique internationale (UAI), l'organisme coordinateur de l'astronomie au niveau international, chargé de la dénomination des corps célestes ainsi que de leur statut, fit alors une mise au point, rappelant qu'elle seule était habilitée à déterminer le statut de Pluton [29].

Historiquement, les quatre premiers astéroïdes découverts de 1801 à 1807 — (1) Cérès, (2) Pallas, (3) Junon et (4) Vesta — furent eux aussi considérés comme des planètes pendant plusieurs décennies (à l'époque, leurs dimensions n'étaient pas connues avec précision). Certains textes astronomiques du début du XIXe siècle font référence à onze planètes (incluant Uranus et les quatre premiers astéroïdes). Le cinquième astéroïde ( (5) Astrée) fut découvert en 1845 peu de temps avant la découverte de Neptune, suivi de plusieurs autres dans les années suivantes. Dans les années 1850, on cessa de considérer ces objets de plus en plus nombreux comme des « planètes », pour les nommer « astéroïdes » ou « planètes mineures » [30].

La découverte en 2005 de (136199) Éris [note 2], d'un diamètre comparable et d'une masse légèrement supérieure à ceux de Pluton, contribue à relancer le débat ; puisqu'il s'agit en effet de ne pas reproduire le même scénario que ce qui s'était passé pour Cérès, Pallas, Junon et enfin Vesta. Le diamètre d'Éris, qui avait initialement été estimé à 3 600 km (il semblait alors notablement plus grand que Pluton) était encore en 2006 du même ordre de grandeur que celui de Pluton, même après avoir été revu à la baisse (2 400 km ± 100 km). Selon une étude publiée dans Science du 14 juin 2007, sa masse serait supérieure à celle de Pluton d'environ 27 % [31]. De nombreux autres corps ont également été découverts à cette époque, tels que (136472) Makémaké, (90482) Orcus ou (90377) Sedna, régulièrement annoncés comme la dixième planète du système solaire.

La classification en neuf planètes devient difficilement tenable. Le dernier mot revient à l'UAI, qui, lors de son 26e congrès tenu le 24 août 2006 en République tchèque, a décidé au terme d'une semaine de débats de compléter la définition de planète, disant qu'une planète élimine de son voisinage tous les objets ayant une taille qui lui soit comparable [32]. Ce qui n'est pas le cas de Pluton, qui partage son espace avec d'autres objets transneptuniens et qui est reclassé en planète naine [29], [33], [6]. Le Minor Planet Center lui attribua le 7 septembre 2006 le numéro d'objet mineur 134340 [34].

Néanmoins, à la suite du vote, une pétition [35] ayant réuni en cinq jours les signatures de plus de 300 planétologues et astronomes majoritairement américains (Pluton ayant été la première planète découverte par un Américain) a été lancée pour contester la validité scientifique de la nouvelle définition de planète qui déclassait Pluton ainsi que son mode d'adoption et inviter à la réflexion sur une autre définition plus appropriée [36]. Il faut dire que lors du 26e congrès de Prague qui s'est tenu du 14 au , le vote sur la rétrogradation ou non de Pluton a eu lieu seulement le 24 août [37] et en présence de 400 membres environ sur 6000 [38], ce qui peut remettre en cause le bien-fondé de la décision. Néanmoins, Catherine Cesarsky, présidente de l'UAI, clôt le débat en décidant que l'assemblée de l'UAI d'août 2009 ne reviendrait pas sur la définition de planète [39].

Le 18 septembre 2014, le Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics organise un débat réunissant trois experts présentant trois points de vue de la définition d'une planète : historique, la définition retenue par l'UAI et enfin le point de vue des chercheurs des exoplanètes ; ce dernier, présenté par Dimitar Sasselov, président de Harvard Origins of Life Initiative, recueille l'adhésion des experts, pour lesquels Pluton serait donc bien une planète [40], [41].

Pluton conserve son importance

Lancement de la sonde New Horizons par une fusée Atlas V.

Environ cent-cinquante objets orbitant comme Pluton avec une résonance 2:3 avec Neptune étaient recensés en février 2006, ce qui tend à montrer que Pluton est le plus grand représentant d'une vaste famille de corps plus ou moins massifs. Les astronomes David Jewitt et Jane Luu proposent de les nommer «  Plutinos » [28].

Une nouvelle sous-catégorie, les plutoïdes, est créée par l' UAI pour les planètes naines qui passent la majeure partie de leur révolution orbitale à l'extérieur de l'orbite de Neptune, dont Pluton fait partie [42].

Observations du télescope spatial Hubble

Le télescope spatial Hubble a fourni les images les plus détaillées de la surface de Pluton avant l'arrivée de New Horizons [43].

Exploration de Pluton

Pluton est un objectif difficile pour l' exploration spatiale, à cause de la grande distance la séparant de la Terre, de la forte inclinaison de son orbite (17°) sur l' écliptique et de sa très faible masse.

La sonde Voyager 1 aurait éventuellement pu l'atteindre, mais l'exploration de Titan (le plus grand satellite parmi les innombrables que comporte Saturne) et des anneaux de Saturne fut jugée plus importante, ce qui eut pour effet de rendre sa trajectoire incompatible avec un rendez-vous avec Pluton. Voyager 2 n'était pas en mesure de l'atteindre car la trajectoire théorique de la sonde pour réaliser ce rendez-vous aurait supposé de traverser la planète Neptune [46].

La NASA étudia en 1991 un projet de sonde vers Pluton, qui fut révisé à la baisse en 1992 puis abandonné en 1994. Un nouveau projet américano-russe, la mission Pluto Kuiper Express, démarra en 1995. Il aurait eu pour but le survol vers 2012 du couple Pluton/Charon, et d'au moins un objet de la ceinture de Kuiper. La Nasa l'annula en 2000, pour des raisons budgétaires [47]. Elle a finalement été remplacée par une mission similaire, New Horizons. La sonde New Horizons, lancée le 19 janvier 2006, est donc la première sonde spatiale à visiter Pluton, bénéficiant en février 2007 de l' assistance gravitationnelle de Jupiter [48] pour arriver au plus près de la planète naine le 14 juillet 2015, après un voyage de 6,4 milliards de kilomètres. Les observations débutent environ cinq mois avant le plus proche passage et devraient continuer environ un mois après. Le survol est toutefois si rapide que seul un hémisphère peut être photographié avec la résolution la plus élevée [49]. L'engin spatial emporte à son bord des instruments d'imagerie, de spectrométrie et d'autres appareils de mesure, afin de déterminer les caractéristiques géologiques et morphologiques de Pluton et de sa lune Charon, mais aussi cartographier les éléments composant leur surface et étudier l'atmosphère de Pluton (composition et taux d'évasion). La mission prévoit également un survol des objets de la ceinture de Kuiper jusqu'en 2025 [50].

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